научная статья по теме ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕТОДА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛИ СРЕДСТВАМИ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ CAE-СИСТЕМ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕТОДА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛИ СРЕДСТВАМИ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ CAE-СИСТЕМ»

УДК 621.7.04

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕТОДА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛИ СРЕДСТВАМИ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ CAE-СИСТЕМ

© Чеславская Агния Альбертовна, e-mail: chaa@yandex.ru; Мироненко Владимир Витальевич, e-mail: mironenko_vv@istu.edu; Колесников Алексей Владимирович, e-mail: avk@istu.edu; Максименко Никита Владимирович, e-mail: socrat39@yandex.ru Иркутский государственный технический университет. Россия, г. Иркутск Котов Вячеслав Валерьевич, канд. техн. наук, e-mail: viacheslav.kotov@esi-group.com Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина. Россия, г. Екатеринбург Статья поступила 04.12.2014 г.

Проанализирована возможность изготовления детали разными методами формообразования. Смоделировано появление дефектов и предложены методы их устранения. Сделан вывод о рациональном методе изготовления рассматриваемой детали.

Ключевые слова: пневмотермическая формовка листовых деталей; вытяжка на падающих молотах; эластоформование; вытяжка в жестких штампах.

Одной из актуальных задач в авиа- и машиностроении является поиск рационального метода формообразования листовых деталей. Решение по выбору метода формообразования принимается на основе опыта и знаний технолога, т.е. рациональность принимаемых решений зависит от человеческого фактора, что недопустимо в современном производстве. Рассмотрен виртуальный поиск рационального варианта изготовления детали с применением CAE-систем.

Для анализа методов формообразования выбрана деталь (рис. 1) сложной пространственной формы, с двойной кривизной, с двумя подсечками и бортами, направленными в одну сторону; материал детали - сплав АМг6, толщина - 0,8 мм.

Поиск рационального метода формообразования проводится в системе инженерного анализа для листовой штамповки PAM-STAMP 2G

французской фирмы ESI Group.

Рассмотрим семь вариантов формообразования детали.

1. Вытяжка на листоштамповоч-ном молоте - самый распространенный процесс изготовления листовых деталей со сложной по-

Рис. 1. Модель детали верхностью. В ходе

моделирования были приняты следующие допущения:

- не учитывается влияние скорости деформации на напряжения;

- ограничивающие подкладки моделируются свойствами модели материала Mooney-Rivlin;

- конец удара определяется ограничением хода пуансона;

- пластическая часть кривой течения задана через функцию Krupkowsky Law (а = K-(e0 + ер)я, где а -текущий уровень напряжения; K - коэффициент прочности; е0, гр - начальный и текущий уровни пластический деформации; n - коэффициент упрочнения);

- для описания поверхности текучести выбрана модель Hill 48;

- исходная толщина заготовки взята 1 мм.

Сплав АМг6 имеет следующие физико-механические и технологические свойства: модуль Юнга - 64 ГПа; коэффициент Пуассона - 0,333; плотность - 2,6-10-6 кг/мм3; коэффициенты анизотропии - r0 = 0,648, r45 = 0,566, r90 = 0,705; постоянные функции Krupkowsky Law (е0 = 0,006541, K = 0,4744, n = 0,1993) соответственно; деформационная способность материала - 25%; допустимое утонение - не более 20%.

Результаты моделирования процесса формообразования детали вытяжкой на листоштампо-вочном молоте за шесть ударов представлены в табл. 1. FLD-диаграмма (диаграмма предельного формования) показывает появление трещин, начиная с четвертого удара (табл. 2).

Таблица 1. Результат моделирования после шестого удара вытяжки, вариант 1

Распределение толщины Распределение деформаций

Шестой удар 53

£9

минимальная толщина 0,45 мм (красный цвет - утонение 55%) максимальная деформация - 159% (красный цвет)

Таблица 2. FLD-диаграмма вытяжки, вариант 1

FLD-диаграмма на заготовке

FLD-диаграмма в графическом виде

Шестой удар

РШ (в1га1п) - грт^даДОЙЬМГО"-3,

В * Мойи1е -5(а(е в/епЛ : Ргод. = 18

синие зоны - зоны образования трещин

Гофр, развивающийся за счет сжимающих тангенциальных напряжений, складывается в результате потери устойчивости. Синие зоны появляются на радиусных переходах в середине детали и в районе складки. На графике синие точки выходят далеко за пределы кривой, ограничивающей деформационные возможности материала

Рис. 2. Пружинение, возникающее в детали после вытяжки по варианту 2 (максимальное значение в красной зоне)

2. Вытяжка на листоштамповочном молоте с имитацией промежуточной термообработки. Для повышения деформационной способности материала в имеющуюся модель

добавлена имитация проведения промежуточной термообработки с помощью введения коэффициента 0,1 уменьшения напряжений и деформации после каждого удара. Результаты моделирования варианта формообразования 2 представлены в табл. 3 и 4. Предельные деформации и зоны трещин на БЬЭ-диаграмме появляются на один удар позже, чем в предыдущей модели (на пятом, а не на четвертом ударе).

С учетом промежуточной термообработки ^

о

рассчитано пружинение, возникающее в дета- ™ ли после формообразования, и оно составляет ^ 1,81 мм (рис. 2). *

3. Вытяжка детали в жестких штампах. Все ^

>

допущения и модель материала остаются теми Ц же, что и при моделировании вытяжки на ли- |

Таблица 3. Результаты моделирования вытяжки, вариант 2

Распределение толщины

Распределение деформаций

Шестой удар

минимальная толщина 0,39 мм (красный цвет - утонение 61%)

максимальная деформация 277 % (красный цвет)

Таблица 4. FLD-диаграмма вытяжки, вариант 2

FLD-диаграмма на заготовке

Шестой удар

rain) ■ zonsafiy ^'ШИГ'-4'

rSp W Module "Stale 6.>15 : Pfog. =

у

синие зоны - области образования трещин

FLD-диаграмма в графическом виде

Синие зоны появляются в районе складки, на радиусных переходах в середине детали и продолжают развиваться в краях оснастки. На графике синие точки выходят далеко за пределы кривой, ограничивающей деформационные возможности материала

стоштамповочном молоте. Исходная толщина заготовки равна толщине детали -0,8 мм.

Результаты моделирования формообразования детали вытяжкой в жестких штампах после шестого удара приведены в табл. 5 и 6.

4. Процесс формообразования эластичной средой. Все допущения и модель материала остаются теми же, что и при моделировании вытяжки на листоштамповочном молоте. Исходная толщина заготовки равна толщине детали - 0,8 мм.

При моделировании этого процесса формообразования получена развертка. К развертке добавлены припуски для размещения отверстий под шпильки для базирования заготовки на оснастке

Рис. 3. Развертка, полученная в PAM-STAMP 2G: а - деталь с приливами под шпилечные отверстия; б - физическая развертка с учетом параметров материала

(рис. 3). При моделировании процесса получения развертки детали был использован обратный решатель Inverse программного комплекса PAM-STAMP 2G.

Формообразование детали осуществляется за три перехода: на первом формуется обводная кривизна, на втором - средний элемент с двумя подсечками, на третьем - борта. На рис. 4 пока-

Таблица 5. Результаты моделирования вытяжки, вариант 3

Распределение толщины

Распределение деформаций

Ход пуансона 45 мм

минимальная толщина - 0,13 мм (красный цвет - утонение 83,75%)

максимальная деформация - 159% (красный цвет)

Таблица 6. FLD-диаграмма вытяжки, вариант 3

FLD-диаграмма на заготовке

FLD-диаграмма в графическом виде

Ход пуансона 45 мм

синие зоны - области образования трещин

На радиусных переходах в середине детали появляются синие зоны. На графике синие точки уходят далеко за кривую, ограничивающую деформационные возможности

материала

Рис. 4. Оснастка для формовки первого (а), второго (б) и третьего (б) переходов

заны рабочие поверхности оснастки для каждого перехода.

Результаты моделирования процесса представлены в табл. 7 и 8; на последнем переходе при формообразовании бортов образуются дефекты типа «складка».

5. Формовка эластичной средой с использованием складкодержателя. Для устранения дефекта, связанного с чрезмерной деформацией в районе перехода приливов со шпилечными отверстиями к заготовке, необходимо сделать его более плавным (рис. 5). Толщина заготовки 1 мм.

с

Таблица 7. Результаты моделирования формовки, вариант 4

Распределение толщины

Распределение деформаций

Третий переход

минимальная толщина 0,24 мм (красный цвет - утонение 70%)

максимальная деформация 146% (красный цвет)

Таблица 8. FLD-диаграмма для формовки, вариант 4

FLD-диаграмма на заготовке

FLD-диаграмма в графическом виде

Третий переход

синие зоны - области образования трещин

Синие зоны развиваются на радиусных переходах в середине детали и в месте резкого перехода прилива к заготовке. Красные зоны, отвечающие за складкообразование, развиваются на бортах. На графике синие точки уходят далеко за кривую, ограничивающую деформационные возможности материала

Рис. 5. Развертки с резкими (а) и плавными (б) переходами к приливам (для шпилечных отверстий)

Рис. 6. Оснастка со складкодержателем (а) и оснастка со складкодержателем в разрезе (б) Таблица 9. Результаты моделирования формовки, вариант 5

Распределение толщины

Распределение деформаций

Третий переход

гч

минимальная толщина 0,6 мм (красный цвет - утонение

максимальная деформация 66% (красный цвет)

Таблица 10. FLD-диаграмма, полученная при моделировании формовки, вариант 5

FLD-диаграмма на заготовке

FLD-диаграмма в графическом виде

Третий переход

Синие зоны развиваются на радиусных переходах в середине детали. На графике синие точки уходят далеко за пределы кривой, ограничивающей деформационные возможности материала

Для устранения складок на одном из бортов (где она особенно большая) в конструкцию оснастки добавлен складкодержатель (рис. 6). Складка второго борта устраняется наращиванием давления.

Результаты моделирования варианта 5 приведены в табл. 9 и 10.

Моделирование показало, что увеличение толщины и более плавные переходы от приливов к детали снизили утонение до 40%. В районах ра-

Таблица 11. Результаты моделирования формовки, вариант 6

Распределение толщины

Время формовки -

468 с

Л

минимальная толщина 0,44 мм (красный цвет - утонение 45%)

Распределение деформаций

максимальная деформация 61% (красный цвет)

Таблица 12. Результаты моделирования, вариант 7

Распределение толщины

Время формовки

533

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Металлургия»